Giáo trình Các phương pháp gia công biến dạng - Chương 3: Các phương pháp gia công biến dạng (Phần 2)

Nội dung text: Giáo trình Các phương pháp gia công biến dạng - Chương 3: Các phương pháp gia công biến dạng (Phần 2)

1. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng 3.4. Rèn tự do 3.4.1. Thực chất, đặc điểm và dụng cụ rèn tự do Rèn tự do là một ph−ơng pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không bị khống chế bởi một mặt nào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại với dụng cụ gia công (búa và đe). D−ới tác động của lực P do búa (1) gây ra và phản lực N từ đe (3), khối kim loại (2) biến dạng, sự biến dạng chỉ bị khống chế bởi hai mặt trên và d−ới, còn các mặt xung quanh hoàn toàn tự do. 1 P 2 3 N H.3.16. Sơ đồ rèn tự do a/ Đặc điểm - Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao. Năng suất thấp - Chất l−ợng và tính chất kim loại từng phần của chi tiết khó đảm bảo giống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình. - Chất l−ợng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề của công nhân. - Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản. - Rèn tự do đ−ợc dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ. Chủ yếu dùng cho sửa chữa, thay thế. b/ Dụng cụ Nhóm 1: Là những dụng cụ công nghệ cơ bản nh− các loại đe, búa, bàn là, bàn tóp, sấn, chặt, mủi đột. Nhóm 2: Là những dụng cụ kẹp chặt nh− các loại kềm, êtô và các cơ cấu kẹp chặt khác. Nhóm 3: Là những dụng cụ kiểm tra và đo l−ờng: êke, th−ớc cặp (đo trong đo ngoài, đo chiều sâu, các loại compa. 3.4.2. Thiết bị rèn tự do Thiết bị rèn tự do bao gồm: Thiết bị gây lực, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy nắn thẳng, máy vận chuyển.v.v Rèn tự do có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy. Rèn tay chủ yếu dùng trong sản xuất sửa chữa, trong các phân x−ởng cơ khí chủ yếu là rèn máy. Tr−ờng đại học bách khoa 26
2. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng Theo đặc tính tác dụng lực, các máy dùng để rèn tự do đ−ợc chia ra: máy tác dụng lực va đập (máy búa), máy tác dụng lực tĩnh (máy ép). Trong đó, máy búa hơi là thiết bị đ−ợc sử dụng nhiều nhất. Hình sau trình bày sơ đồ của một máy búa hơi. Máy búa hơi có hai xi lanh, một xi lanh khí (5) và một xi lanh búa (9). Giữa hai xi lanh có van phân phối khí (7) để điều khiển sự cấp khí nén từ xi lanh nén sang xi lanh đầu búa. 7 8 6 5 9 10 4 11 3 2 12 13 1 14 H.3.17. Sơ đồ nguyên lý máy búa hơi 1- Động cơ điện 2- Bộ truyền đai 3- Trục khuỷu 4- Tay biên 5- Xi lanh ép 6-Pistông ép 7- Van phân phối khí 8- Pistông búa 9- Xi lanh búa 10- Đe trên 11- Đe d−ới 12- gối đỡ đe 13-Bệ đe 14- bàn đạp điều khiển Nguyên lý làm việc của máy búa: Động cơ 1 truyền động cho trục khuỷu 3 qua bộ truyền đai 2. Thông qua biên truyền động 4 làm cho pittông ép 6 chuyển động tịnh tiến tạo ra khí ép ở buồng trên hoặc buồng d−ới trong xi lanh búa 9. Tuỳ theo vị trí của bàn đạp điều khiển 14 mà hệ thống van phân phối khí 7 sẽ tạo ra những đ−ờng dẫn khí khác nhau, làm cho pittông búa 8 có gắn thân pittông búa và đe trên 10 chuyển động hay đứng yên trong xi lanh búa 9. Đe d−ới 11 đ−ợc lắp vào gối đỡ đe 12, chúng đ−ợc giữ chặt trên bệ đe 13. Các bộ phận chính của máy búa hơi: Khối l−ợng phần rơi: Bao gồm khối l−ợng của pittông búa, thân pittông búa và đe trên. Nó là phần quan trọng tạo ra năng l−ợng đập của búa. Th−ờng dựa vào khối l−ợng phần rơi mà gọi tên kiểu búa ấy. Ví dụ: BH-50, BH-150, 250, 350, 400, 500, 560, 750 và 1000. Pittông và thân pittông: Đ−ợc chế tạo bằng thép tốt hay thép đúc. Pittông có nhiều rãnh vuông góc với trục để lắp các secmăng khí và dầu. Thân pittông búa có phay 2 mặt phẳng để chống xoay. Xilanh búa: Chứa khí áp suất cao: 1,5ữ4 atmôtphe. Theo ph−ơng pháp tác dụng của hơi ép máy búa hơi phân ra: Tr−ờng đại học bách khoa 27
3. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng Máy búa tác dụng đơn là loại máy búa mà xi lanh công tác chỉ có một đ−ờng dẫn khí áp suất cao vào buồng d−ới của xi lanh để nâng đầu búa lên, còn hành trình đi xuống là do sự rơi tự do của khối l−ợng phần rơi, loại này hiện nay ít sử dụng. Máy búa tác dụng kép có hành trình đi xuống ngoài trọng l−ợng của khối l−ợng phần rơi còn chủ yếu do áp suất khí nén ở buồng trên của xi lanh tác dụng. Loại máy này có tốc độ đập nhanh, năng l−ợng đập lớn, dể điều chỉnh năng l−ợng đập. ở buồng trên và buồng d−ới của xi lanh búa có những lỗ thông với van phân phối khí và đ−ợc bố trí cách mặt đáy 1 khoảng để tạo ra một lớp khí đệm không cho mặt pittông đập vào mặt đáy của xi lanh. Cũng vì lớp khí đệm này mà phải đặt những van một chiều ở những đ−ờng khí mồi tại các điểm chết của pittông. Van phân phối khí: Điều khiển các trạng thái làm việc của máy và điều chỉnh năng l−ợng của búa khi đập: - Trạng thái chạy không tải. - Trạng thái búa đập liên tục: Chu kỳ đập của búa: 210ữ95 lần/phút. - Trạng thái búa treo. - Trạng thái búa làm việc từng nhát một. - Trạng thái búa ép: ng−ợc với trạng thái búa treo. Xilanh và pittông khí: Cấu tạo giống nh− xilanh búa song thể tích làm việc lớn hơn. ở tại điểm chết của pittông khí, buồng xilanh thông với khí trời. Thân pittông có lổ ắc để lắp chốt với biên truyền động. Hệ thống truyền dẫn: Từ môtơ đến tay biên nếu máy lớn thì qua hộp giảm tốc còn bình th−ờng thì qua bộ truyền đai. Thân máy: Là bộ phận quyết định độ cứng vững của máy, đ−ợc chế tạo bằng gang. Máy búa có loại một thân và loại hai thân. Bệ đe, đe trên, đe d−ới: Bệ đe có khối l−ợng lớn (gấp 8ữ30 khối l−ợng phần rơi). Ngoài máy búa hơi trong thực tế còn sử dụng các loại máy sau đây trong rèn tự do: Máy búa hơi n−ớc- không khí ép rèn tự do, Máy búa ma sát kiểu ván gỗ, Máy búa lò xo. 3.4.3. Những nguyên công cơ bản của rèn tự do Công nghệ rèn tự do một sản phẩm nào đó th−ờng bao gồm nhiều nguyên công khác nhau. Tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật, hình dáng của chi tiết gia công và dạng phôi ban đầu mà lựa chọn những nguyên công và thứ tự tiến hành khác nhau. a/ nguyên công Vuốt Nguyên công làm giảm tiết diện ngang và tăng chiều dài của phôi rèn. Dùng để rèn các chi tiết dạng trục, ống, dát mỏng hay chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo nh− đột lỗ, xoắn, uốn. Thông th−ờng khi vuốt dùng búa phẳng, nh−ng khi cần vuốt với năng suất cao hơn thì dùng búa có dạng hình chữ V hoặc cung tròn. Tr−ờng đại học bách khoa 28
4. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng Ph−ơng pháp di chuyển phôi: • Lật phôi qua lại theo một góc 900 hay 1800đồng thời đẩy phần phôi theo chiều trục sau mỗi nhát đập (a). Cách này thuận tay và năng suất cao. Song kim loại biến dạng không đều, Bề mặt tiếp xúc với đe nguội nhanh. • Quay phôi một góc 900 hay 600 theo chiều xoắn ốc (b). Cách này không thuận tay, yêu cầu trình độ tay nghề cao, song khắc phục đ−ợc các khuyết điểm của ph−ơng pháp trên. 1 3 5 2 1 4 5 2 7 6 8 9 6 10 a b H.3.18. Các ph−ơng pháp di chuyển phôi Cần đảm bảo các thông số kỹ thuật hợp lý: Kích th−ớc chi tiết ban đầu là b0,h0; kích th−ớc sau khi vuốt là b, h; kích th−ớc đe L, B. s - gọi là b−ớc vuốt. c b0 b ∆h s h0 h L B H.3.19. Sơ đồ vuốt • Để tranh tật gấp nếp cho sản phẩm thì: s > ∆h và cần đảm bảo thế nào để cho b 0 ≤ữ22,5. Để tăng năng suất vuốt thì: s << b. h • Để cho bề mặt sản phẩm đ−ợc phẳng thì: s ≈ (0,4ữ0,8)c • Khi vuốt phôi là thỏi thép đúc thì tiến hành vuốt từ giữa ra để dồn các khuyết tật ra hai đầu rồi cắt bỏ. • Đối với thép cán thì vuốt từng đoạn một từ ngoài vào trong, vì hai đầu chóng nguội. • Khi cần vuốt nhanh đến tiết diện nhỏ yêu cầu, thì tr−ớc tiên vuốt thành tiết diện chữ nhật hay vuông cho dễ, lúc gần đạt đến kích th−ớc cần thiết ng−ời ta mới tu chỉnh cho đúng theo thành phẩm. • Khi muốn chuyển đổi phôi có tiết diện vuông thành chi tiết có tiết diện tròn với chiều dài thay đổi không đáng kể thì chọn cạnh của phôi bé hơn đ−ờng kính của chi tiết 2ữ3%. Tr−ờng đại học bách khoa 29
5. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng • Khi phôi có tiết diện hình tròn mà chi tiết có tiết diện hình chữ nhật mà muốn chiều dài không thay đổi đáng kể thì đ−ờng kính của phôi D đ−ợc tính: 2ab+ a a D = nếu ≥ 2 ; D = 1,3a nếu 〈2 3 b b a,b - cạnh lớn và cạnh nhỏ của tiết diện chi tiết. Một số ph−ơng pháp vuốt đặc biệt: Vuốt trên trục tâm: Nhằm giảm chiều dày và tăng chiều dài chi tiết, đ−ờng kính trong của phôi hầu nh− không đổi. Lồng phôi vào trục tâm (có d = d trong của phôi có độ côn 3ữ12 mm/m) và Búa tiến hành gia công trên đe dạng chữ V Chi tiết và búa phẳng. Nếu trục tâm lớn thì bên trong có lỗ rỗng dẫn n−ớc làm nguội nếu là lần vuốt đầu thì trục tâm phải Trục tâm Đe nung tr−ớc khoảng 150ữ2000C. Khi vuốt thì vuốt dần từng đoạn từ 2 đầu H.3.20. Sơ đồ vuốt trên trục tâm vào giữa để dể lấy chi tiết ra khỏi trục tâm. Mở rộng đ−ờng kính trên trục tâm: dùng vuốt các chi tiết dạng ống nhằm b tăng đ−ờng kính trong, đ−ờng kính P búa ngoài, giảm chiều dày thành ống mà chiều dài hầu nh− không đổi. Trục tâm có đ−ờng kính nhỏ hơn lỗ phôi từ 50ữ150 mm, chiều dài công tác a lấy l lớn hơn chiều dài phôi l khoảng a 50ữ100 mm. Trục tâm càng bé thừ năng suất vuốt càng cao nh−ng độ H.3.21. Sơ đồ mở rộng lỗ trên trục tâm cứng vững kém. Búa gia công có b > l. Ap lực đơn vị trung bình khi vuốt: ⎛ 3bs− às⎞ ⎛ à s⎞ K =+σ ⎜1 * ⎟ . Khi s = b thì: K =+σ ⎜1 * ⎟ . ch ⎝ 6b h ⎠ ch ⎝ 3 h⎠ Trong tr−ờng hợp vuốt trên đe tròn đ−ờng kính d, chiều dài rãnh l0 thì áp lực đơn vị trung bình là: ⎛ 2 l ⎞ K =+σà⎜1 0 ⎟ . ch ⎝ 3 d ⎠ Công biến dạng đ−ợc xác định: AK= V(lnh0 −lnh) (N.m) Tr−ờng đại học bách khoa 30
6. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng Năng l−ợng va đập yêu cầu cho biến dạng: A E = (N.m); η = 0,8 - hiệu suất va đập. η Trọng l−ợng rơi của máy búa: Eg.2 G = (N). v 2 g - gia tốc trọng tr−ờng lấy g = 9,81 m/s. v - vận tốc rơi của đầu búa lúc đập v = 6ữ8 m/s. b/ Nguyên công chồn Là nguyên công nhằm tăng tiết diện ngang và giảm chiều cao phôi. Nó th−ờng là nguyên công chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo nh− đột lỗ, thay dạng thớ trong tổ chức kim loại, làm bằng đầu, chuyển đổi kích th−ớc phôi. Chồn toàn bộ: là nung cã chiều dài phôi, khi chồn th−ờng xảy ra các tr−ờng hợp sau: h Tr−ờng hợp 1: khi 0 〈2 thì vật chồn có dạng hình trống (a). d 0 h Tr−ờng hợp 2: khi 0 ≈ữ22,5 có thể xảy ra các hiện t−ợng sau: d 0 - Lực đập đủ lớn: vật chồn có dạng 2 hình trống chồng khít lên nhau (b). - Lực đập trung bình: 2 hình trống kép không chồng khít lên nhau (c). - Lực đập nhỏ và nhanh: vật chồn có 2 đầu loe ra (d). h Tr−ờng hợp 3: khi 0 〉25, vật chồn dể bị cong, cần nắn thẳng rồi chồn tiếp (đ). d0 d0 P P P P h0 a b c d đ H.3.22. Các tr−ờng hợp chồn toàn bộ Chồn cục bộ Chỉ cần nung nóng vùng cần chồn hay làm nguội trong n−ớc phần không cần chồn rồi mới gia công. Cũng có thể nung nóng toàn bộ rồi gia công trong những khuôn đệm thích hợp. P P P P Tr−ờng đại học bách khoa 31 H323 Cá t ờhkhihồ bộ
7. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng áp lực đơn vị khi chồn P Giả sử chồn phôi hình trụ có đ−ờng kính D, chiều cao H, hệ số ma sát ngoài à H Sau khi tính toán ta có áp lực đơn vị trung bình khi h D chồn lấy đơn giản khi d/h ≥ 2: ⎡ à D ⎤ K =+σ 1 . ch ⎣⎢ 3 H ⎦⎥ Công biến dạng khi chồn Khi chồn một vật thể hình trụ có độ cao x nào đó thì lực biến dạng cần thiết sẽ là: Px= k.Fx V Px k - áp lực đơn vị trung bình; Fx- tiết diện vật chồn = . x ∆x Nếu chồn xuống một đoạn ∆x thì công biến dạng cần x V thiết sẽ là: ∆∆AP=−()x=−k∆x . x x (∆x lấy dấu âm thì chiều cao vật chồn giảm) dx Hoặc dA =−kV . Lấy tích phân ta đ−ợc: Ak= V(ln H− lnh) . x H - Độ cao tr−ớc khi chồn, h - độ cao sau khi chồn. c/ Nguyên công Đột lỗ Đột lỗthông suốt: - Nếu chi tiết đột mỏng và rộng thì không cần lật phôi trong quá trình đột. Cần phải có vòng đệm để dể thoát phoi. Nếu chiều dày vật đột lớn thì đột đến 70ữ80% chiều sâu lỗ, lật phôi 1800 để đột phần còn lại. h - Nếu lỗ đột quá sâu ( > 2,5) thì khi hết mũi đột ta dùng các trụ đệm để đột đến d chiều sâu yêu cầu. - Nếu lỗ đột có đ−ờng kính quá lớn (D>50ữ100mm) nên dùng mũi đột rỗng để giảm lực đột. p Búa p Mũi đột Tr−ờng đại họVcòng b đệmách khoa 32
8. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng Đột lỗ không thông: Đ−ợc coi nh− là giai đoạn đầu của đột lỗ thông, song để biết đ−ợc chiều sâu lỗ đã đột thì trên mũi đột và trụ đệm phải đ−ợc khắc dấu. không dùng đ−ợc mủi đột rỗng. Nếu lỗ đột lớn tr−ớc hết dùng mũi đột nhỏ để đột, sau đó dùng mũi đột lớn dần cho đến đ−ờng kính yêu cầu. Vì rằng sự biến dạng trong khi đột lỗ không thông rất khó khăn. l−u ý: - L−ỡi cắt của mũi đột phải phẳng, sắc đều, có độ cứng cao và nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục tâm của nó. - Lực đập của búa phải phân bố đều và phải vuông góc với đ−ờng tâm trục. - Khi đột đến 10ữ30mm thì nhấc mũi đột lên và cho chất chống dính vào (bột than, bột grafit ) rồi mới đột tiếp. áp lực đơn vị khi đột D Khi đột hở (a) d b/ d - đ−ờng kính mủi đột; d a/ D - đ−ờng kính vật gia công. l h- độ dày còn lại không đột. Ap lực đơn vị trung bình là: h h ⎛ àd D⎞ K =+σ ⎜1 +ln ⎟ . ch ⎝ 3h d ⎠ Khi đột kín (b): Đặt A =D/d. Khi d/h ≤ 6, áp lực đơn vị trung bình là: 2 ⎡ 2 A ⎤ K=+σ ch ⎢21()+Aln 2 ⎥ . ⎣ A − 1⎦ 2 ⎡ d 2 A ⎤ Khi d/h > 6 thì áp lực đơn vị trung bình: K =+σ ch ⎢1 +()1+A ln 2 ⎥ . ⎣ 6h A − 1⎦ Ngoài ra còn một số nguyên công khác nh−: Xoắn, Uốn, Hàn rèn, Chặt, Dịch tr−ợt v.v 3.4.3. Thiết kế vật rèn tự do Quá trình chế tạo một vật rèn tự do tuỳ thuộc vào các yếu tố: hình dáng, kích th−ớc, độ phức tạp của chi tiết gia công, dạng sản xuất, yêu cầu độ chính xác và trình độ lành nghề của công nhân. Khi thiết kế có nhiều ph−ơng án khác nhau nh−ng nói chung thì theo các b−ớc sau: Tr−ờng đại học bách khoa 33
9. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng a/ Lựa chọn kết cấu và hình dáng và kết cấu hợp lý của vật rèn - Nên tránh thiết kế những vật rèn tự do có mặt côn và hình chêm. - Tránh những vật rèn có mặt hình trụ giao nhau. nên nên không nên nên không nên không nên - Nên tránh những bề mặt có nhiều bậc nếu đ−ợc đ−a phần nhỏ ở giữa về cùng một phía. Tránh thiết kế những vật rèn có gân mỏng. nên không nên không nên nên không nên - Không nên thiết kế những mặt bích có gờ lồi và những chổ lồi nằm ở phần trong của chi tiết. - Nếu vật đúc phức tạp thì có thể tách chúng ra nhiều vật rèn đơn giản hơn để rèn rồi sau đó nối chúng lại. Hoặc nếu vật rèn quá đơn giản thì có thể ghép nhiều vật rèn thành một rồi gia công sau đó tách chúng ra. b/ Thành lập bản vẽ vật rèn: Căn cứ vào bản vẽ chi tiết và các yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ, ng−ời thiết kế công nghệ tiến hành lập bản vẽ vật rèn gồm các b−ớc sau: - Xác định l−ợng d− gia công cơ: l−ợng d− gia công cơ là l−ợng d− cần thiết để gia công cắt gọt sau khi rèn. Căn cứ yêu cầu chất l−ợng bề mặt, kích th−ớc, khối l−ợng phôi, tính chất vật liệu, ph−ơng pháp gia công, độ chính xác của đồ gá và máy tra l−ợng d− theo các sổ tay. Trong tr−ờng hợp đơn giản có thể tính theo công thức kinh nghiệm: Khi rèn trên máy búa, có thể lấy: + L−ợng d− theo đ−ờng kính hay chiều dày D: δ = 0,06D + 0,0017L + 2,8 mm. + L−ợng d− theo chiều dài L: δ = 0,08D + 0,002L + 10 mm. Khi rèn trên máy ép: + L−ợng d− theo đ−ờng kính hay chiều dày D: δ = 0,06D + 0,002L + 2,3 mm. Tr−ờng đại học bách khoa 34
10. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng + L−ợng d− theo chiều dài L: δ = 0,05D + 0,05L + 26 mm. Trên cơ sở kích th−ớc chi tiết và l−ợng d− gia công cơ ta xác định đ−ợc kích th−ớc danh nghĩa của vật rèn. - Xác định dung sai rèn (∆) : Dung sai rèn là sai lệch giữa kích th−ớc thực tế và kích th−ớc danh nghĩa của vật rèn. Căn cứ vào kích th−ớc, khối l−ợng vật rèn, trị số l−ợng d−, trình độ tay nghề công nhân, chất l−ợng và độ chính xác của dụng cụ và độ gá, yêu cầu độ chính xác của chi tiết và ph−ơng pháp gia công để chọn dung sai rèn theo các sổ tay công nghệ hoặc tính theo công thức kinh nghiệm. - Xác định l−ợng thừa: L−ợng d− thêm vào để đơn giản hoá kết cấu vật rèn, tạo điều kiện thuận lợi cho công nghệ rèn. Thông th−ờng l−ợng thêm đ−ợc đ−a vào để lấp đầy các lỗ nhỏ, rãnh hẹp - Vẽ bản vẽ vật rèn: Bản vẽ vật rèn trên đó thể hiện l−ợng d− gia công cơ, l−ợng thêm, góc l−ợn, kích th−ớc danh nghĩa và dung sai của vật rèn Nét vẽ và cách ghi kích th−ớc đ−ợc quy −ớc nh− sau: • Đ−ờng bao vật rèn vẽ theo kích th−ớc danh nghĩa của vật rèn bằng nét đậm (nét b). Bên phải kích th−ớc có ghi dung sai • Hình dáng chi tiết vẽ bằng nét liền mảnh (b/2) hoặc nét đứt. Tr−ờng hợp đã có bản vẽ chi tiết thì không cần phải vẽ hình dáng chi tiết. 1 2 3 3 3 1- chi tiết; 2- l−ợng d−; 3- l−ợng thừa Bản vẽ vật rèn 104 135±5 (95) (120) 320±9 (290) • Kích th−ớc chi tiết viết trong ngoặc đơn và đặt ngay d−ới kích th−ớc t−ơng ứng của vật rèn. Theo quy định đơn vị đo kích th−ớc là (mm), vì vậy các kích th−ớc trên bản vẽ không phải ghi đơn vị. • L−ợng thừa biểu diễn bằng gạch chéo. Ngoài ra cần phải ghi ký hiệu mác thép và các yêu cầu kỹ thuật. Tr−ờng hợp kết cấu vật rèn phức tạp ng−ời ta lập bản vẽ vật rèn riêng và kèm theo bản vẽ chi tiết. Tr−ờng đại học bách khoa 35
11. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng c/ Lập quy trình công nghệ rèn Căn cứ kích th−ớc phôi đã chọn, hình dáng, kích th−ớc vật rèn xác định các nguyên công cần thiết và trình tự tiến hành hợp lý, phù hợp với trang thiết bị hiện có và trình độ tay nghề của công nhân và lập thành phiếu công nghệ. Quá trình công nghệ tạo ra vật rèn tự do gồm các công việc chính sau: nung kim loại, rèn, làm nguội, nhiệt luyện, làm sạch, đóng dấu ký hiệu và kiểm tra. Gia công một vật rèn có thể bằng nhiều ph−ơng pháp khác nhau, trên nhiều thiết bị khác nhau và từ các kích th−ớc phôi ban đầu khác nhau. Khi chọn một ph−ơng pháp hợp lý nhất để rèn, phải dựa trên các yêu cầu sau: tốn thời gian ít nhất, tốn kim loại và nhiên liệu ít nhất, chất l−ợng vật rèn tốt nhất, tuyệt đối đảm bảo an toàn lao động. Khi lập quy trình công nghệ, phải dựa vào các loại máy, các loại lò và các trang bị cơ khí hiện có tại phân x−ởng. Trong bản quy trình công nghệ, cần ghi thứ tự các nguyên công chính và phụ, từng nguyên công có ghi rõ thiết bị, dụng cụ, khuôn hoặc đồ gá và dụng cụ kiểm tra. Các yêu cầu chính của điều kiện kỹ thuật nh− xác định vật liệu, những đòi hỏi cơ lý tính của vật rèn, chế độ nhiệt luyện, yêu cầu về kiểm tra, thí nghiệm v.v đều đ−ợc ghi đầy đủ trong bản quy trình công nghệ hay trong bản vẽ vật rèn đi kèm. d/ Xác định khối l−ợng và kích th−ớc phôi ban đầu - Xác định khối l−ợng phôi rèn: + Phôi thép đúc (GPđ): GPđ = Gvr + Gđn + Gđ + Gch + Gđl +Gcb Trong đó: Gvr - Khối l−ợng vật rèn đ−ợc tính theo kích th−ớc danh nghĩa vật rèn [kg]. Gđn - Khối l−ợng phần đậu ngót của thỏi đúc cần cắt đi lấy 15ữ25 % GPđ. Gđ - Khối l−ợng phần đáy thỏi đúc cần cắt bỏ. Nếu thép cácbon Gđ= 4ữ7% GPđ, còn thép hợp kim Gđ= 7ữ10% GPđ. Gch - Khối l−ợng kim loại cháy khi nung. Nung lần đầu Gch=1,5ữ2,5% GPđ. Mỗi lần nung tiếp theo Gch=1,5% GPđ. Gcb - Khối l−ợng cần cắt bỏ lần cuối tr−ớc khi hoàn thành chi tiết. Nó phụ thuộc vào khối l−ợng và tính chất phức tạp của chi tiết gia công. Khi vuốt những vật dài thì Gcb= 3ữ10% Gvr. Với vật rèn phức tạp nh− trục khuỷu l−ợng cắt bỏ có thể đạt đến 30% Gvr. Gđl - Khối l−ợng hao hụt vì đột lỗ (nếu có). Đối với các tấm mỏng đột lỗ một lần thì xong thì l−ợng kim loại hao hụt bằng 90ữ95% khối l−ợng kim loại lỗ đột. Khi đột lỗ những vật rèn dày, phải đột từ 2 phía, thì l−ợng hao hụt bằng 1/3 khối l−ợng kim loại lỗ đột. + Phôi thép cán (GPC): GGPc = vr + Gch + Gdl + Gcb Ký hiệu và trị số giống nh− khi tính đối với phôi thép đúc. - Xác định thể tích phôi rèn (VPh): G V Ph . Trong đó: G - Khối l−ợng phôi rèn. Ph γ Ph Tr−ờng đại học bách khoa 36
12. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng + Nếu nguyên công rèn là vuốt thì tiết diện phôi đ−ợc tính: FKPh = ⋅ FMAX FMAX - là diện tích tiết diện lớn nhất của vật rèn. K - là tỉ số rèn yêu cầu, trong thực tế K = 1,3ữ1,5 để đảm bảo độ biến dạng > 20%. Sau khi tính đ−ợc FPh chọn tiết diện phôi theo tiết diện phôi tiêu chuẩn gần nhất VPh (FTC). Tính chiều dài phôi theo công thức: LPh = FTC Căn cứ vào LPh ta chọn chiều dài thực của thép đúc hay chiều dài cắt hợp lý đối với thép cán. + Nếu nguyên công rèn là chồn thì chọn đ−ờng kính phôi: 3 3 DPh =ữ(08,,10)VPh ; hoặc cạnh vuông của phôi: aV=ữ(07,,5 09) Ph . Sau đó tiếp tục chọn DPh hay a theo quy chuẩn và tìm ra chiều dài phôi cần thiết sao cho LPh ≤ 2,8DPh. đ/ Tính chế độ nung và làm nguội Căn cứ vật liệu, hình dáng, kích th−ớc phôi, các nguyên công rèn, dạng sản xuất, nhiệt độ bắt đầu rèn (tBĐ), nhiệt độ kết thúc rèn (tKT) để chọn chế độ nung gồm: nhiệt độ nung, tốc độ nung, thời gian nung, thời gian giữ nhiệt, cách xếp phôi khi nung và chế độ làm nguội sau khi rèn. Tuỳ theo tốc độ nguội cần thiết có thể làm nguội trong không khí, ủ trong cát, vôi, nguội chậm cùng lò nung. e/ Xác định khối l−ợng phần rơi và chọn máy để rèn tự do Căn cứ khối l−ợng, kích th−ớc vật rèn, năng suất yêu cầu, mức độ phức tạp của kết cấu vật rèn để chọn máy sao cho đảm bảo khối l−ợng phần rơi hoặc lực ép cần thiết. - Khi rèn trên máy búa, khối l−ợng phần rơi cần thiết để vuốt đ−ợc xác định theo công thức kinh nghiệm: ⎛ s ⎞ G =+01,.7ν⎜1 01,7 ⎟σS .ε.hb00 s (kG) ⎝ h0 ⎠ Trong đó: ν - hệ số hình dạng đầu búa (búa phẳng ν =1; tròn ν = 1,25) ε - mức độ biến dạng sau một lần đập búa (đối với thép ε ≤ 0,3). h0, b0 - chiều cao và chiều rộng phôi (cm). Tr−ờng hợp vuốt phôi tròn thì h0 = b0 = d (đ−ờng kính phôi); s - b−ớc vuốt. σs - giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ gia công (xem trong sổ tay kỹ thuật rèn và dập nóng). Hoặc theo kích th−ớc của phôi ban đầu và sau khi vuốt tra theo bảng sau: Khối l−ợng Thép cácbon Thép hợp kim phần rơi (kg) Kích th−ớc ban đầu Kích th−ớc kết thúc Kích th−ớc ban đầu (mm) (mm) (mm) 50 55 x 55 - 40 x 40 100 105 x 105 - 75 x 75 Tr−ờng đại học bách khoa 37
13. Giáo trình: Các ph−ơng pháp gia công biến dạng 150 135 x 135 - 90 x 90 250 170 x 170 40 x 40 130 x 130 400 200 x 200 50 x 50 140 x 140 1000 400 x 400 100 x 100 280 x 280 - Nếu nguyên công rèn là chồn thì có thể tích theo công thức thực nghiệm sau: ⎛ d1 ⎞ G =+01,,7⎜1 017 ⎟σεSk V (kG) ⎝ h1 ⎠ Trong đó: d1, h1 - là đ−ờng kính, chiều cao vật rèn, εk - độ biến dạng ở nhát đập cuối cùng lấy bằng 0,025 đối với vật rèn lớn, εk = 0,06 đối với vật rèn nhỏ; V - thể tích phôi, cm3. Để chọn khối l−ợng phần rơi hoặc lực ép cần thiết của máy ta có thể dựa vào số liệu kinh nghiệm cho trong các sổ tay thiết kế công nghệ. Tr−ờng đại học bách khoa 38